在深邃的地下矿井中，采煤机如同巨兽般啃噬着煤层，但如何精准判断煤层与岩层的交界，避免过度开采或资源浪费，一直是困扰矿业界的难题。如今，由中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院、煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室，以及国能神东煤炭集团有限责任公司联合组成的科研团队，自主研发的“矿井煤岩界面探测天线及智能升降支架系统”正悄然改变这一现状，它如同地下矿井的“智慧眼”，让采矿作业变得更加精准、高效与安全。

煤炭，作为我国当前最经济、可靠的一次能源，其消费量长期占据能源消费总量的半壁江山。据国家统计局数据显示，2022年，煤炭消费量占我国能源消费总量的56.2%，全年能源消费总量达54.1亿吨标准煤，煤炭依然是我国能源结构中的“老大哥”。然而，随着煤炭行业的高质量发展，加速智慧矿山建设已成为必然趋势。

智慧矿山，顾名思义，就是运用现代信息技术，实现矿山的智能化、自动化管理。其中，智能化开采是关键一环，而煤岩界面探测技术则是智能化开采的“眼睛”。传统上，采煤机切割煤层时，欠切割或过切割现象时有发生，不仅导致资源浪费、采出率降低，还可能引发齿轮磨损、煤炭质量下降，甚至在高瓦斯地区引发爆炸等严重后果。依赖人工观察和经验判断调整滚筒高度，已难以适应复杂多变的工况。

面对这一挑战，地质雷达技术这一原本在城市道路探测、隧道探测中大显身手的“透视眼”，如今被科研人员巧妙引入矿井环境，用于煤岩界面的高精度探测。地质雷达具有快速实时探测、无损探测、设备简便、抗干扰能力强等优点，是矿井地质构造及灾害源探测的得力助手。

然而，常规地面耦合式地质雷达天线需要贴近探测面作业，这在复杂多变的矿井环境中显得力不从心。受限于矿井空间狭小、施工条件差等因素，常规地质雷达难以在工作面上进行快速连续测量，更无法满足煤岩界面随采实时探测的需求。如何让地质雷达在矿井中“如鱼得水”，成为科研人员亟待解决的问题。

针对上述难题，科研团队经过努力攻关，终于研发出适用于矿井煤岩界面探测的“非接触式地质雷达天线及智能升降支架系统”。

该系统核心在于一种特殊的1500MHz空耦地质雷达天线。科研人员基于TEM喇叭天线设计，通过优化天线辐射面和加载屏蔽装置，成功开发出这款天线。它体积小、频带宽、方向性好，相对带宽可达553MHz，主瓣增益高达11.53dBi，能够在不接触探测面的情况下，实现煤岩界面的高精度探测。

TEM 天线

这款天线的独特之处在于其非接触式探测能力，它就像一双“智慧眼”，能够穿透煤层，精准捕捉煤岩界面的位置信息，为采煤机提供实时、准确的切割指导。

有了“智慧眼”，还需要一套灵活的“身体”来支撑。科研团队设计的智能升降支架系统，正是这套“身体”的关键所在。该系统能够根据采煤机的工作状态和煤层倾角的变化，实时自适应调节空耦天线的位置和姿态，确保天线始终处于最佳探测位置。

智能升降支架就像是一个“智能舞者”，能够随着采煤机的节奏翩翩起舞。当采煤机前进时，支架会自动升高天线；当煤层倾角变化时，支架会调整天线的角度，确保探测数据的准确性和稳定性。

这一创新设计，不仅解决了常规地质雷达在矿井中作业困难的问题，还大大提高了探测效率和安全性。采煤机无需停机等待探测结果，即可实现连续、高效的开采作业。

理论需要实践来检验。科研团队选择国能神东煤炭集团有限责任公司的锦界煤矿作为试验基地，对该系统进行了为期数月的实地测试。测试结果表明，该系统能够有效且稳定地探测到煤岩界面层位，在1米范围内探测煤岩界面位置的平均绝对误差仅为1.2厘米，平均误差百分比为8.5%。

这一误差范围似乎完全在科研团队的预期之内，考虑到矿井环境的复杂性和不确定性，能够达到这样的精度已经非常了不起。

该系统的成功研发和应用，离不开多项技术亮点的支撑。其中，最为突出的当属天线设计与智能调节技术的结合。

在天线设计方面，科研人员通过仿真设计优化了TEM天线的辐射面结构，提高了天线的带宽和增益。同时，加载屏蔽装置的设计有效消除了非目标体的电磁波干扰，提高了采集数据的信噪比。

在智能调节方面，科研人员设计了一套复杂的智能调节装置，通过电机控制地质雷达的位置和角度。该装置能够根据煤岩界面和空气与煤层界面反射波的双程旅行时间，自动计算出天线与顶板煤层的距离，并实时调节天线的高度和角度。

矿井煤岩界面探测天线及智能升降支架系统的成功研发和应用，不仅为矿井智能化开采提供了技术支撑，更为我国能源安全和可持续发展贡献了智慧和力量。当装备"透视眼"的智能采煤机驶入矿井时，它带去的将不仅是新技术，更是矿业人对"安全开采、智能开采、绿色开采"的不懈追求。在这条创新之路上，1.2厘米的精度标准无疑会标注出传统产业转型升级的新坐标。